(57)【要約】  化学的な反応器（３）において、水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の少なくとも一部を脱水素することによって水素を生成し、少なくとも１つの燃料電池（４）において、生成された水素から電流と水とを生成し、加熱装置（８）において、化学的な反応器（３）のための熱を生成するエネルギー生成方法において、本発明では、化学的な反応器（３）によって生成された水素をまず少なくとも１つの燃料電池（４）内に導いてから、その後に加熱装置（８）へ供給する。かかる方法によって、少なくとも１つの燃料電池（４）を部分負荷で動作させることができ、ひいては、加熱装置（８）用の水素を燃料電池（４）より上流で分流させる場合よりも良好な効率で動作させることができる。本発明の有利な用途は移動用途、特に船舶である。
2019502236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に移動用途用のエネルギー生成方法であって、
化学的な反応器（３）において、水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の少なくとも一部を脱水素することによって水素（Ｈ２）を生成し、
少なくとも１つの燃料電池（４）において、前記反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）とから電流（Ｉ）と水（Ｈ２Ｏ）とを生成し、
加熱装置（８）において、前記反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）から、前記化学的な反応器（３）のための熱を生成する
エネルギー生成方法において、
前記化学的な反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）をまず前記少なくとも１つの燃料電池（４）内に導いてから、その後に前記加熱装置（８）へ供給する
ことを特徴とするエネルギー生成方法。
【請求項２】
前記反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）の、前記少なくとも１つの燃料電池（４）に供給される体積流量を、当該少なくとも１つの燃料電池（４）によって生成すべき電力と、当該反応器（３）によって生成された水素のうち前記加熱装置（８）のために必要な体積流量とに依存して、開ループ制御および／または閉ループ制御する、
請求項１記載のエネルギー生成方法。
【請求項３】
前記反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）の、前記少なくとも１つの燃料電池（４）への供給を開ループ制御および／または閉ループ制御するため、前記少なくとも１つの燃料電池（４）内へ導いた後の水素（Ｈ２）の圧力、または前記少なくとも１つの燃料電池（４）の温度を、当該少なくとも１つの燃料電池（４）によって生成すべき電力と、前記反応器（３）によって生成された水素のうち前記加熱装置（８）のために必要な体積流量とに依存して、開ループ制御および／または閉ループ制御する、
請求項１記載のエネルギー生成方法。
【請求項４】
前記反応器（３）は、互いに依存せずに動作可能な複数の部分反応器（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）を有し、
前記反応器（３）に供給された前記水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の、前記各部分反応器（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）への分配を、前記少なくとも１つの燃料電池（４）によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御する、
請求項１から３までのいずれか１項記載のエネルギー生成方法。
【請求項５】
前記加熱装置（８）は、複数の互いに依存せずに動作可能な部分加熱装置（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）を有し、
前記各部分加熱装置（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）はそれぞれちょうど１つの前記部分反応器（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）に対して設けられており、
前記加熱装置（８）に供給された水素（Ｈ２）の、前記各部分加熱装置（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）への分配を、前記少なくとも１つの燃料電池（４）によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御する、
請求項４記載のエネルギー生成方法。
【請求項６】
水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の消費量が最小限になる動作点で前記反応器（３）が動作するように、前記加熱装置（８）へ供給された水素（Ｈ２）の、前記各部分加熱装置（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）への分配と、前記反応器へ供給された水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の、前記各部分反応器（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）への分配とを、開ループ制御および／または閉ループ制御する、
請求項５記載のエネルギー生成方法。
【請求項７】
生成された前記水素（Ｈ２）を、前記少なくとも１つの燃料電池（４）へ供給する前にガス浄化装置（１１）内へ送り、
前記ガス浄化装置（１１）において、前記生成された水素（Ｈ２）から、共に輸送された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）を除去する、
請求項１から６までのいずれか１項記載のエネルギー生成方法。
【請求項８】
特に移動用途用のエネルギー生成装置（１，２０）であって、
水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の少なくとも一部を脱水素することによって水素（Ｈ２）を生成するための化学的な反応器（３）と、
前記化学的な反応器（３）に接続されている少なくとも１つの燃料電池（４）であって、当該反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）とから電流（Ｉ）と水（Ｈ２Ｏ）とを生成する燃料電池（４）と、
前記化学的な反応器（３）に熱的結合されている加熱装置（８）であって、当該反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）から当該化学的な反応器（３）のための熱を生成するための加熱装置（８）と
を備えているエネルギー生成装置（１，２０）において、
前記化学的な反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）がまず前記少なくとも１つの燃料電池（４）内に導かれてからその後に前記加熱装置（８）へ供給されるように、前記反応器（３）と前記燃料電池（４）と前記加熱装置（８）とが前記水素の流れに関して直列接続されている
ことを特徴とするエネルギー生成装置（１，２０）。
【請求項９】
前記エネルギー生成装置（１，２０）は開ループ制御および／または閉ループ制御装置（１２）を備えており、
前記開ループ制御および／または閉ループ制御装置（１２）は、前記少なくとも１つの燃料電池（４）によって生成すべき電力と、前記反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）のうち前記加熱装置（８）のために必要な体積流量とに依存して、前記反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）の、当該少なくとも１つの燃料電池（４）に供給される体積流量を開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている、
請求項８記載のエネルギー生成装置（１，２０）。
【請求項１０】
前記エネルギー生成装置（１，２０）は開ループ制御および／または閉ループ制御装置（１２）を備えており、
前記開ループ制御および／または閉ループ制御装置（１２）は、前記少なくとも１つの燃料電池（４）によって生成すべき電力と、前記反応器（３）によって生成された水素のうち前記加熱装置（８）のために必要な体積流量とに依存して、前記少なくとも１つの燃料電池（４）内へ導いた後の水素（Ｈ２）の圧力を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御することにより、または前記少なくとも１つの燃料電池（４）の温度を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御することにより、前記反応器（３）によって生成された水素（Ｈ２）の、前記少なくとも１つの燃料電池（４）への供給を、開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている、
請求項８記載のエネルギー生成装置（１，２０）。
【請求項１１】
前記反応器（３）は、互いに依存せずに動作可能な複数の部分反応器（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）を有し、
前記開ループ制御および／または閉ループ制御装置（１２）は、前記反応器（３）に供給された前記水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の、前記各部分反応器（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）への分配を、前記少なくとも１つの燃料電池（４）によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている、
請求項８から１０までのいずれか１項記載のエネルギー生成装置（１，２０）。
【請求項１２】
前記加熱装置（８）は、複数の互いに依存せずに動作可能な部分加熱装置（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）を有し、
前記各部分加熱装置（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）はそれぞれちょうど１つの前記部分反応器（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）に対して設けられており、
前記開ループ制御および／または閉ループ制御装置（１２）は、前記加熱装置（８）に供給された水素の、前記各部分加熱装置（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）への分配を、前記少なくとも１つの燃料電池（４）によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている、
請求項１１記載のエネルギー生成装置（１，２０）。
【請求項１３】
前記開ループ制御および／または閉ループ制御装置（１２）は、水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の消費量が最小限になる動作点で前記反応器（３）が動作するように、前記加熱装置（８）へ供給された水素の、前記各部分加熱装置（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）への分配と、前記反応器（３）へ供給された水素化された液体有機水素担体の、前記各部分反応器への分配とを、開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている、
請求項１２記載のエネルギー生成装置（１，２０）。
【請求項１４】
前記化学的な反応器（３）と前記少なくとも１つの燃料電池（４）との間の接続部（９）に、液体有機水素担体を除去するためのガス浄化装置（１１）が配置されている、
請求項８から１３までのいずれか１項記載のエネルギー生成装置（１，２０）。
【請求項１５】
請求項８から１４までのいずれか１項記載のエネルギー生成装置（１，２０）を備えた船舶（３０）、とりわけ水中航走体。
【請求項１６】
前記船舶（３０）は、水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）の貯蔵器（２）と、当該船舶（３０）を駆動するための、少なくとも１つの燃料電池（４）の電流が供給される電気駆動モータ（３１）とを備えている、
請求項１５記載の船舶（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載のエネルギー生成方法と、請求項８の上位概念に記載のエネルギー生成装置とに関する。かかる方法ないしはかかるエネルギー生成装置は、たとえば国際公開第２０１４／０４４７０６号から公知である。
【０００２】
燃料電池では、電極において水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）とが化学的結合することによって、水（Ｈ２Ｏ）および電流が高効率で生成される。
【０００３】
とりわけ移動用途では、燃料電池を動作させるために必要な水素を貯蔵しなければならない。この貯蔵は種々の形態で行うことができ、たとえば圧縮ガスとして、液状で、金属水素化物（たとえばアルミニウム、マグネシウム等）を用いて、または水素化された液体有機化合物の形態で行うことができる。
【０００４】
後者の場合、液体有機化合物は水素担体として用いられる。水素担体として有利には、芳香族化合物、特に縮合多環炭化水素が用いられる。水素化のためには、水素を化学的な触媒反応で水素担体に組み込む（水素化）。その後、この組み込まれた水素は化学的な触媒逆反応によって放出されて、芳香族化合物に戻すことができる。水素化された高エネルギーの形態と脱水素された低エネルギーの形態のいずれの形態の水素担体も、以下「液体有機水素担体」（英語：Liquid Organic Hydrogen Carrier（ＬＯＨＣ））という。
【０００５】
かかる水素貯蔵方式の利点は、高いエネルギー密度で、大幅に無圧で、かつ難燃性の液体の形態で水素貯蔵を行えることであり、このことによって、かかる形式の水素貯蔵はまさに移動用途用に、たとえば水中航走体搭載用に適している。
【０００６】
水中航走体では、水素化された液体有機水素担体を外部から容器に詰めることによって、たとえば港で搭載することができる。また、水中航走体上において水素担体の水素化によって、水素化された液体有機水素担体を生成することもできる。その際に水素化のために必要な水素は、たとえば電解槽によって生成することができる（たとえば国際公開第２０１２／０９７９２５号を参照のこと）。
【０００７】
たとえば国際公開第２０１４／０４４７０６号から、車両のエネルギー供給のための装置および方法が公知であり、同文献では縮合多環炭化水素を水素担体として使用する。これは、膨張π共役電極システムを使用し、中程度の温度で適切な触媒の存在下で水素化反応を生じさせるものである。このようにして、水素は不飽和二重結合を飽和させて物質内に組み込まれる（水素化）。水素化によって組み込まれた水素はその後、逆反応で、昇温および／または水素圧力の低減だけで、芳香族物質を再生して水素化物から取り出すことができる。
【０００８】
ここで有利なのは、水素担体が、多環芳香族炭化水素、多環式の複素芳香族炭化水素、π共役有機ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む群から選択されることである。
【０００９】
特に有利な一実施形態では、水素を貯蔵するために適した低エネルギー物質として、Ｎ‐エチルカルバゾール、Ｎ‐ｎ‐プロピルカルバゾール、またはＮ‐イソプロピルカルバゾールを使用する。
【００１０】
また、国際公開第２０１４／０４４７０６号によれば、非複素芳香族炭化水素を使用することも可能である。たとえば、少なくとも２つのベンジル基と置換されたトルエン、たとえばジベンジルトルエン等を、液体水素貯蔵物質として用いることができることが知られている。ベンジル基は置換されたまたは未置換の状態とすることができる（上掲の基は「置換基」として現れることができる）。また、トルエン環におけるベンジル基の配置も任意に変えることができる。特に有利なのは、ジベンジルトルエンを使用することである（商標「マーロサームＳＨ（Marlotherm SH）」でも知られている）。
【００１１】
国際公開第２０１４／０４４７０６号で開示されているエネルギー生成装置は、水素を生成ないしは放出するために、化学反応器と燃料電池とを備えた脱水素モジュールを備えている。化学反応器において液体有機水素担体の少なくとも一部を脱水素することによって水素を生成し、燃料電池においてこの生成された水素と酸素とから電流と水とが生成される。さらに、加熱装置（たとえば触媒燃焼器）において、生成された水素の少なくとも一部から化学反応器のための熱も生成される。
【００１２】
上記文献を背景として、本発明の課題は、上述のエネルギー生成方法ないしは上述のエネルギー生成装置において電流を生成する効率を高くすることである。
【００１３】
方法に関する課題の解決手段は、請求項１に記載の方法によって達成され、エネルギー生成装置に関する課題の解決手段は、請求項８に記載のエネルギー生成装置によって達成される。かかるエネルギー生成装置を備えた船舶が、請求項１５に記載されている。各従属請求項に本発明の有利な実施形態が記載されている。
【００１４】
本発明の方法では、化学的な反応器によって生成された水素を、まず少なくとも１つの燃料電池内に導き、その後に、燃料電池の後に残留する一部の水素を加熱装置へ供給する。よって、生成された水素は反応器の後に直接分流して加熱装置へ供給されるのではなく、少なくとも１つの燃料電池の「迂回路」を経由する。したがって、反応器と、少なくとも１つの燃料電池と、反応器のための加熱装置とは、水素の流れに関して直列接続されている。よって、生成された水素は全部、少なくとも１つの燃料電池内へ送られる。したがって、少なくとも１つの燃料電池は部分負荷で、すなわち理論比より過剰な水素量で動作することができ、これにより、加熱装置用に水素を先に分流して少なくとも１つの燃料電池を理論比に対して僅かな水素過剰量で、または理論比に対して全く水素過剰量無しで動作させる場合より、より良好な効率かつより高い電力での動作が達成される。
【００１５】
酸素は本発明では、（技術的に）純粋な形態で、または混合気の成分として（たとえば空気の場合）存在することができる。すなわち、少なくとも１つの燃料電池は本発明では、（技術的に）純粋な酸素を用いて、または酸素含有の混合気を用いて動作することができる。
【００１６】
有利には、反応器によって生成された水素の、少なくとも１つの燃料電池に供給される体積流量は、当該少なくとも１つの燃料電池によって生成すべき出力電力と、加熱装置のために必要な水素の体積流量とに依存して、開ループ制御および／または閉ループ制御される。この開ループ制御および／または閉ループ制御はたとえば、開ループ制御および／または閉ループ制御装置に記憶された１つまたは複数の関数、数値テーブルおよび／または測定値を用いて行うことができ、この関数、数値テーブルおよび／または測定値は、生成すべき出力電力に依存する、少なくとも１つの燃料電池と加熱装置とに必要な水素の体積流量（ひいては、少なくとも１つの燃料電池に供給される水素の総体積流量）を表すものである。
【００１７】
これに代えて、反応器によって生成された水素の、少なくとも１つの燃料電池への供給を開ループ制御および／または閉ループ制御するため、少なくとも１つの燃料電池によって生成すべき電力と、反応器によって生成された水素のうち加熱装置のために必要な体積流量とに依存して、少なくとも１つの燃料電池内へ導いた後の水素の圧力（すなわち、少なくとも１つの燃料電池の出口における水素の圧力）を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御し、または少なくとも１つの燃料電池の温度を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御することができる。
【００１８】
加熱装置のために必要な水素の体積流量に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御を行うことに代えて、加熱装置の温度に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御を行うことも可能である。
【００１９】
特に有利な一実施形態では、反応器は、互いに依存せずに動作可能な複数の部分反応器を有し、反応器に供給された水素化された液体有機水素担体の、各部分反応器への分配は、少なくとも１つの燃料電池によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御される。動作する部分反応器の数を開ループ制御および／または閉ループ制御することにより、実際に動作する反応器をたとえば規定通りに、加熱装置によって生成された熱が最大効率で利用される動作点にすることができる。
【００２０】
加熱装置が、複数の互いに依存せずに動作可能な部分加熱装置を有し、各部分加熱装置がそれぞれちょうど１つの部分反応器に対して設けられており、加熱装置に供給された水素の、各部分加熱装置への分配を、少なくとも１つの燃料電池によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御すると、加熱装置の熱利用がさらに改善することによって効率の一層の最適化が可能になる。各部分加熱装置への水素の分配を上述のように開ループ制御および／または閉ループ制御することにより、加熱装置をたとえば規定通りに、加熱装置によって生成された熱が反応器において最大効率で利用される動作点にすることができる。
【００２１】
有利には、水素化された液体有機水素担体の消費量が最小限になる動作点で反応器が動作するように、加熱装置へ供給された水素の、各部分加熱装置への分配と、反応器へ供給された水素化された液体有機水素担体の、各部分反応器への分配との双方を、開ループ制御および／または閉ループ制御する。
【００２２】
このようにして、所要の燃料電池電力に応じて、ないしはそのために生成される水素量に応じて、たとえばバルブを介して、各部分反応器への水素化された液体有機水素担体の供給と、各部分加熱装置への使用可能な水素の分配、ひいては部分反応器への熱供給とを、開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。具体的には、所要燃料電池電力が小さい場合、水素化された液体有機水素担体の供給を受ける部分反応器の数は少なくなり、かつ水素の供給を受ける部分加熱装置の数は少なくなり、ないしは、所要燃料電池電力が高い場合、各数は多くなる、ということである。このことにより、燃料電池の定格負荷の場合、全ての部分反応器と全ての部分加熱装置とが作動し、これに応じて全ての部分加熱装置と全ての加熱装置とに、水素化された液体有機水素担体ないしは水素が供給される。
【００２３】
他の有利な一実施形態では、化学的な反応器によって生成された水素を、少なくとも１つの燃料電池へ供給する前にガス浄化装置内へ送り、ガス浄化装置において、生成された水素から、共に輸送された液体有機水素担体を除去する。
【００２４】
特に移動用途用の、本発明のエネルギー生成装置は、
・水素化された液体有機水素担体の少なくとも一部を脱水素することによって水素を生成するための化学的な反応器と、
・化学的な反応器に接続されている少なくとも１つの燃料電池であって、当該反応器によって生成された水素と酸素とから電流と水とを生成する燃料電池と、
・化学的な反応器に接続されている加熱装置であって、当該反応器によって生成された水素から当該化学的な反応器のための熱を生成するための加熱装置と
を備えており、
・化学的な反応器によって生成された水素をまず少なくとも１つの燃料電池内に導いてから、その後に加熱装置（８）へ供給するように、反応器と燃料電池と加熱装置とは水素の流れに関して直列接続されている。
【００２５】
有利な一実施形態では、エネルギー生成装置は開ループ制御および／または閉ループ制御装置を備えており、開ループ制御および／または閉ループ制御装置は、少なくとも１つの燃料電池によって生成すべき電力と、加熱装置のために必要な水素の体積流量とに依存して、当該少なくとも１つの燃料電池に供給される水素の体積流量を開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている。この開ループ制御および／または閉ループ制御はたとえば、開ループ制御および／または閉ループ制御装置に記憶された１つまたは複数の関数、数値テーブルおよび／または測定値を用いて行うことができ、この関数、数値テーブルおよび／または測定値は、生成すべき出力電力に依存する、少なくとも１つの燃料電池と加熱装置とに必要な水素の体積流量（ひいては、少なくとも１つの燃料電池に供給される水素の総体積流量）を表すものである。
【００２６】
これに代えてエネルギー生成装置は、少なくとも１つの燃料電池によって生成すべき電力と、反応器によって生成された水素のうち加熱装置のために必要な体積流量とに依存して、少なくとも１つの燃料電池内へ導いた後の水素の圧力（すなわち、少なくとも１つの燃料電池の出口における水素の圧力）を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御することによって、または少なくとも１つの燃料電池の温度を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御することによって、反応器によって生成された水素の、少なくとも１つの燃料電池への供給を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御するように構成された開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御装置を備えることもできる。
【００２７】
加熱装置のために必要な水素の体積流量に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御を行うことに代えて、加熱装置の温度に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御を行うことも可能である。
【００２８】
有利には、反応器は複数の互いに依存せずに動作可能な部分反応器を有し、開ループ制御および／または閉ループ制御装置は、反応器に供給された水素化された液体有機水素担体の、各部分反応器への分配を、少なくとも１つの燃料電池によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている。分配の開ループ制御および／または閉ループ制御は、たとえば、加熱装置によって生成された熱が最大効率で利用される動作点で反応器が動作するように行われる。
【００２９】
他の有利な一実施形態では、加熱装置は、複数の互いに依存せずに動作可能な部分加熱装置を有し、各部分加熱装置がそれぞれちょうど１つの部分反応器に対して設けられており、開ループ制御および／または閉ループ制御装置は、加熱装置に供給された水素の、各部分加熱装置への分配を、少なくとも１つの燃料電池によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている。
【００３０】
特に有利な一実施形態では、開ループ制御および／または閉ループ制御装置は、水素化された液体有機水素担体の消費量が最小限になる動作点で反応器が動作するように、加熱装置へ供給された水素の、各部分加熱装置への分配と、反応器へ供給された水素化された液体有機水素担体の、各部分反応器への分配とを、開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている。
【００３１】
有利には、化学的な反応器と少なくとも１つの燃料電池との間の接続部に、液体有機水素担体を除去するためのガス浄化装置が配置されている。
【００３２】
本発明の方法およびその有利な実施形態について挙げた利点は、本発明の装置と、当該方法の各実施形態に対応する、当該装置の有利な各実施形態についても、同様に当てはまる。
【００３３】
本発明の特に有利な用途は、モビリティの分野、特に船舶、特に、たとえば水中航走体（たとえば潜水艦、潜水ロボット、ＵＳＶ等）等の外気依存性の駆動装置を備えた船舶である。
【００３４】
よって、本発明の船舶、特に水中航走体は、上述のエネルギー生成装置を備えている。
【００３５】
有利な一実施形態では、船舶は、水素化された液体有機水素担体の貯蔵器と、当該船舶を駆動するための、少なくとも１つの燃料電池の電流が供給される電気駆動モータとを備えている。
【００３６】
以下、図面の実施例に基づいて、本発明と、従属請求項の発明特定事項による本発明の他の有利な実施形態とを、詳細に説明する。相対応する部分には、それぞれ同一の符号を付している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のエネルギー生成装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明のエネルギー生成装置の第２の実施形態を示す図である。
【図３】水中航走体における図１または図２のエネルギー生成装置の使用を示す図である。
【００３８】
図１に示されている本発明のエネルギー生成装置１は、水素化された液体有機水素担体（ＬＯＨＣ＝Liquid Organic Hydrogen Carrier）の貯蔵器２と、水素化された液体有機水素担体の少なくとも一部を脱水素することによって水素を生成するための化学反応器３と、生成された水素Ｈ２および酸素Ｏ２から電気的負荷５のための電流Ｉおよび水Ｈ２Ｏを生成する、化学反応器３に接続された少なくとも１つの燃料電池４と、を備えている。酸素Ｏ２は同図では貯蔵器６から得られるが、貯蔵器６を省略して周辺空気から取り出すこともできる。生成された水Ｈ２Ｏは、貯蔵器７に収集される。生成された水素Ｈ２のうち燃料電池４において消費されない一部から、化学反応器３のための熱を生成するため、当該化学反応器３に熱的結合されている加熱装置８が使用される。この加熱装置はたとえば、水素を燃焼させることによって反応器３のための熱を生成する触媒燃焼器である。
【００３９】
生成された水素Ｈ２を加熱装置８へ供給するため、加熱装置８は少なくとも１つの燃料電池４を介して化学反応器３に接続されている。こうするために、燃料電池４は接続路９を介して反応器３に接続されており、加熱装置８は接続路１０を介して燃料電池４に接続されている。よって、化学反応器３によって生成された水素Ｈ２をまず少なくとも１つの燃料電池４内に導いてから、その後に加熱装置８へ供給するように、反応器３と燃料電池４と加熱装置８とは水素の流れに関して直列接続されている。
【００４０】
化学反応器３と少なくとも１つの燃料電池４との間の接続路９に、液体有機水素担体（ＬＯＨＣ）を除去するためのガス浄化装置１１が配置されている。
【００４１】
開ループ制御および／または閉ループ制御装置１２が、少なくとも１つの燃料電池４によって生成すべき電力と、反応器３によって生成された水素Ｈ２のうち加熱装置８のために必要な水素Ｈ２の体積流量とに依存して、反応器３によって生成された水素Ｈ２の、当該少なくとも１つの燃料電池４に供給される体積流量を開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている。この開ループ制御および／または閉ループ制御はたとえば、開ループ制御および／または閉ループ制御装置１２に記憶された１つまたは複数の関数、数値テーブルおよび／または測定値を用いて行うことができ、この関数、数値テーブルおよび／または測定値は、生成すべき出力電力に依存する、少なくとも１つの燃料電池４と加熱装置８とに必要な水素の体積流量（ひいては、少なくとも１つの燃料電池４に供給される水素の総体積流量）を表すものである。
【００４２】
これに代えて開ループ制御および／または閉ループ制御装置は、反応器３によって生成された水素Ｈ２の、少なくとも１つの燃料電池４への供給を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御するために、少なくとも１つの燃料電池４内へ導いた後の水素Ｈ２の圧力（すなわち、少なくとも１つの燃料電池４の出口における水素の圧力）を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御するように構成し、または少なくとも１つの燃料電池４の温度を、当該少なくとも１つの燃料電池４によって生成すべき電力と、反応器３によって生成された水素のうち加熱装置８のために必要な体積流量とに依存して開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御することによって、反応器３によって生成された水素Ｈ２の、少なくとも１つの燃料電池４への供給を開ループ制御ならびに／もしくは閉ループ制御するように構成することもできる。
【００４３】
加熱装置８のために必要な水素の体積流量に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御を行うことに代えて、加熱装置８の温度に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御を行うことも可能である。
【００４４】
上述のようにするため、開ループ制御および／または閉ループ制御装置１２は、バルブ１３を介して燃料電池４への酸素Ｏ２の供給を開ループ制御および／または閉ループ制御し、この制御によって燃料電池４における水素Ｈ２の消費量を開ループ制御および／または閉ループ制御し、かつバルブ１６を介して、反応器３への水素化された液体有機水素担体ＬＯＨＣの供給を開ループ制御および／または閉ループ制御する。さらに開ループ制御および／または閉ループ制御装置１２は、詳細に図示されていない態様で、少なくとも１つの燃料電池４の酸素含有排ガスまたは酸素Ｏ２の、加熱装置８への供給も、開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。
【００４５】
このようにしてエネルギー生成装置１の動作時には、化学反応器３において、水素化された液体有機水素担体の少なくとも一部を脱水素することによって水素が生成される。この生成ないしは放出された水素から、ガス浄化装置１１において共に輸送された液体有機水素担体が除去されて、水素は少なくとも１つの燃料電池４へ供給され、燃料電池４において、生成および供給された水素Ｈ２と酸素Ｏ２とから電流Ｉおよび水Ｈ２Ｏが生成される。燃料電池４において使用されなかった水素Ｈ２は加熱装置８へ供給され、これから化学反応器３のための熱が生成される。
【００４６】
よって、生成された水素Ｈ２は反応器３の後に直接分流して加熱装置８へ供給されるのではなく、少なくとも１つの燃料電池４の「迂回路」を経由する。このようにして、生成された水素Ｈ２は全部、少なくとも１つの燃料電池４内へ送られ、これによって燃料電池４は部分負荷で、すなわち理論比より過剰な水素量で動作することができ、これにより、燃料電池４より上流で加熱装置８用に水素Ｈ２を分流して少なくとも１つの燃料電池４を理論比に対して僅かな水素過剰量で、または理論比に対して全く水素過剰量無しで動作させる場合より、少なくとも１つの燃料電池４のより良好な効率かつより高い電力での動作が達成される。
【００４７】
図２に示されている本発明のエネルギー生成装置２０の第２の実施形態では、反応器３は複数のそれぞれ互いに依存せずに動作可能な部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有し、かつ加熱装置８は複数のそれぞれ互いに依存せずに動作可能な部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを有し、各部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄはそれぞれ、ちょうど１つの部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに対して設けられている。
【００４８】
こうするために部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの入口側はそれぞれ、制御可能なバルブ２１を備えた別個の送路２２を介して貯蔵器２に接続されている。各バルブ２１は開ループ制御および／または閉ループ制御装置１２によって個別に制御されることができる。よって、部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄごとに個別に、水素化された有機水素担体の供給を投入または遮断することができる。
【００４９】
部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの入口側も同様に、それぞれ、制御可能なバルブ２３を備えた別個の送路２４を介して接続路１０に接続されている。各バルブ２３は、開ループ制御および／または閉ループ制御装置１２によって個別に制御されることができる。よって、部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄごとに個別に水素Ｈ２の供給を投入または遮断することができる。
【００５０】
反応器３に供給された水素化された液体有機水素担体の、各部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの分配を、少なくとも１つの燃料電池４によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。たとえば、これによって反応器３を規定通りに、加熱装置８によって生成された熱が最大効率で利用される動作点にすることができる。
【００５１】
また開ループ制御および／または閉ループ制御装置１２は、加熱装置８に供給された水素の、各部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄへの分配を、少なくとも１つの燃料電池４によって生成すべき電力に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御することができ、これによって、加熱装置８をたとえば規定通りに、加熱装置８によって生成された熱が反応器３において最大効率で利用される動作点にすることができる。
【００５２】
水素化された液体有機水素担体の消費量が最小限になる動作点で反応器３が動作するように、加熱装置８へ供給された水素Ｈ２の、各部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄへの分配と、反応器３へ供給された水素化された液体有機水素担体の、各部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの分配との双方を、開ループ制御および／または閉ループ制御装置１２によって開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。
【００５３】
このようにして、所要の燃料電池電力に応じて、ないしはそのために生成される水素量に応じて、バルブ２１を介して、各部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの水素化された液体有機水素担体の供給と、各部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄへの使用可能な水素の分配、ひいては部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの熱供給とを、開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。具体的には、所要燃料電池パワーが低い場合、またはエネルギー生成装置１の始動時には、水素化された液体有機水素担体の供給を受ける部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの数が少なくなり、かつ水素の供給を受ける部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの数が少なくなり、ないしは、所要燃料電池パワーが高い場合、各数は多くなる。このことにより、燃料電池４の定格負荷の場合、全ての部分反応器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと全ての部分加熱装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄとが作動し、これに応じて全ての部分加熱装置と全ての加熱装置とに、水素化された液体有機水素担体ないしは水素が供給される。
【００５４】
図３は、水中航走体３０、たとえば潜水艦等における図１のエネルギー生成装置１ないしは図２のエネルギー生成装置２０の使用を示す図である。エネルギー生成装置１ないしは２０の少なくとも１つの燃料電池４（図１，２）が電流Ｉを生成し、この電流Ｉは（場合によっては詳細に図示されていないインバータを介して）電気駆動モータ３１に供給され、電気駆動モータ３１はプロペラ軸３２を介してプロペラ３３を駆動する。その上、燃料電池４によって生成された電流はもちろん、水中航走体３０に搭載された他の電気的負荷にも使用することができ、こうするためにはたとえば、この電流を搭載電気システムに供給することができ、またはバッテリーを充電したり充電状態に維持したりするために使用することができる。
【００５５】
水素化された液体有機水素担体は、たとえば外部から（たとえば港において）貯蔵器２（図１，２）に詰めることができる。また、水中航走体上において水素化反応器を用いて液体有機水素担体を水素化することも可能である。この水素化のために必要な水素はたとえば、水中航走体の水上航行時等に内燃機関によって駆動されるジェネレータの電流によって動作する電解槽によって生成することができる。これに代えて、またはこれと共に、水中航走体の外被に配置された、または配置可能な、太陽電池からの電流を使用することもでき、この太陽電池は、水中航走体の潜水状態でも動作できるものである。
【００５６】
ここで有利なのは、水素担体が、多環芳香族炭化水素、多環式の複素芳香族炭化水素、π共役有機ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む群から選択されたものであることである。
【００５７】
特に有利な一実施形態では、Ｎ‐エチルカルバゾール、Ｎ‐ｎ‐プロピルカルバゾール、またはＮ‐イソプロピルカルバゾールを使用する。
【００５８】
水素担体はまた、少なくとも２つのベンジル基と置換されたトルエン、たとえばジベンジルトルエンとすることもできる。ベンジル基は置換されたまたは未置換の状態とすることができる（上掲の基は「置換基」として現れることができる）。また、トルエン環におけるベンジル基の配置も任意に変えることができる。特に有利なのは、ジベンジルトルエンを使用することである（商標「マーロサーム（Marlotherm）ＳＨ」でも知られている）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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